TÀI LIỆU HƯỚNG dẫn THÍ NGHIỆM môn điện tử số

Bảng 1.1 Chức năng của Toolbar Panel Bật tắt cửa số panel Rotate Xoay thiết bị New Tạo bản vẽ mới Mirror Lật thiết bị Open Mở bản vẽ đã lưu Traxmaker Tạo netlist và chạy traxmaker Print

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

***

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

MÔN ĐIỆN TỬ SỐ

Nhóm biên soạn:

Phòng thí nghiệm:

Họ tên sinh viên: ………

Mã lớp TN: ………

Mã số SV: ………

Lớp: ………

Email: ………

Hà Nội 2017

Trang 2

1 | Viện Điện Tử - Viễn Thông, Đại học Bách Khoa Hà Nội

YÊU CẦU THÍ NGHIỆM

Các bước cơ bản để thực hiện nội dung thí nghiệm:

Bước 1: Chuẩn bị trước khi lên phòng thí nghiệm

 Nhận tài liệu tại phòng thí nghiệm Đọc kỹ các yêu cầu trong tài liệu thí nghiệm

 Tìm hiểu lý thuyết, tải các phần mềm có liên quan đến nội dung yêu cầu

 Trả lời các câu hỏi lý thuyết trong tài liệu, thực hiện các mô phỏng theo yêu cầu

Bước 2: Thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm (theo lịch đã đăng ký)

 Trả lời các câu hỏi kiểm tra trước khi vào thí nghiệm

 Nhận linh kiện và vị trí thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn

 Lắp ráp mạch và kiểm tra đúng trước khi cấp nguồn, cấp tín hiệu, đo tham số

 Ghi lại tham số vào tài liệu thí nghiệm và bản nháp (phục vụ cho việc làm báo cáo bản mềm sau khi thí nghiệm)

 Sắp xếp lại thiết bị, bàn ghế, tắt các thiết bị thí nghiệm khi sử dụng xong, dọn dẹp mặt bàn sạch sẽ Trả lại linh kiện thiết bị sau khi thí nghiệm

Bước 3: Mô phỏng các mạch

 Tìm hiểu và sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện tử Circuit Maker

 Mô phỏng các mạch điện sử dụng máy tính cá nhân ở nhà hoặc ở phòng thí nghiệm, theo hướng dẫn trong tài liệu

 Viết lại kết quả mô phỏng theo mẫu phiếu đánh giá

Bước 4: Đánh giá thí nghiệm (Sinh viên phải thực hiện đủ 03 bước nêu trên)

Tại buổi mà sinh viên đăng ký ở bước 2, Giáo viên sẽ đánh giá thông qua việc:

 Kiểm tra báo cáo của từng sinh viên

 Thực hiện lặp lại một bài thí nghiệm (theo mẫu đáng giá kèm theo)

 Liên hệ với phòng thí nghiệm tại page của PTN Điện tử: https://goo.gl/ZqfQML hoặc https://goo.gl/FbC7Pb thông báo thông tin về việc thay đổi lịch, lịch thí nghiệm bù, sinh viên chưa đạt thí nghiệm

 Group facebook: https://goo.gl/M6hJ9b

 Điền thông tin vào phiếu điểm danh: https://goo.gl/NtTV5Q

 Trang web phòng thí nghiệm: http://ktdtdhbkhn.simplesite.com/

 (Website: Bao gồm thông tin về phòng thí nghiệm như: Phiếu điểm danh, nội quy, tài liệu, phần mềm, các khóa học…)

Trang 3

GIỚI THIỆU

Phần thực hành chia làm 3 Module, mỗi module thực hiện một bài Với mỗi module, sinh viên thực hiện thực hành lắp mạch thực tế và thực hiện mô phỏng trên phần mêm Circiut Maker 2000, nhằm nâng cao tính trực quan của môn học cũng như có sự so sánh đối chiếu giữa thực nghiệm và lý thuyết lí tưởng trên phần mềm mô phỏng

Bài thí nghiệm hỗ trợ sinh viên hiểu sâu hơn về lí thuyết tương tự dựa trên các nền tảng cơ bản, giúp sinh viên nắm được quy trình lắp ráp mạch thật cũng như sử dụng các máy đo

 Module 1: Lắp ráp mạch tổ hợp logic

 Module 2: Làm quen với lập trình phần cứng

 Module 3: Kiểm tra và đánh giá

Mỗi module tương ứng với một buổi thí nghiệm, sinh viên chuẩn bị trước các bài tiếp theo trước khi có mặt ở phòng thí nghiệm

Sinh viên hoàn thành chương trình thí nghiệm tốt và trả lời tốt những câu hỏi trong quá trình thực hành sẽ được miễn Bảo vệ thí nghiệm

Trang 4

A Yêu cầu thực hiện trên lớp

1 Mục đích

 Biết cách sử dụng các thiết bị thí nghiệm để lắp ráp mạch logic

 Biết được hoạt động của bộ chọn dữ liệu 2 đầu vào và bộ phận kênh 2 đầu ra

2 Cơ sở lý thuyết và yêu cầu

 Từ lý thuyết đã học kiểm tra hoạt động của các phần tử logic cơ bản

 Thiết lập bảng chân lý của mạch logic, tìm hiểu nguyên lý làm việc của bộ chọn dữ liệu 2 đầu vào và bộ kênh 2 đầu ra có sơ đồ dưới đây (Hình 1.1) đồng thời khảo sát hoạt động của mạch

Giới thiệu loại IC số sử dụng trong bài thí nghiệm:

Trang 5

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý bộ chọn dữ liệu 2 đầu vào và bộ kênh 2 đầu ra

Hình 1.2 Mô hình bo mạch

Bước 2: Lắp mạch

 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý (hình 1.1), điện trở R (550 Ω) nối với LED

 Để cho IC có thể hoạt động đúng theo chế độ mong muốn, phải cấp nguồn nuôi cho

IC, cung cấp nguồn như sau:

 Chân Vcc nối với +5V

 Chân GND nối với 0V

Bước 3: Thử mạch

 Cho nguồn cung cấp vào bảng thí nghiệm

 Đưa các mức logic đầu vào (X1, X2, X3) với quy định:

 Đầu vào nối với đất là mức logic “0”

 Đầu vào nối với +5V là mức logic “1”

 Dựa vào bảng trạng thái các đầu vào X1, X2, X3 đã cho ở dưới đây, quan sát led ở các đầu ra Y1, Y2, Y3 với:

 Led tắt là mức logic “0 ”

 Led sáng là mức logic “1”

 Điền giá trị quan sát được vào bảng chân lý:

Trang 6

Viết hàm biểu diễn và bảng chân lý của phần tử từ kết quả đo được:

………

Trang 7

B Yêu cầu thực hiện tại nhà

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

Bài 1: BÀI MỞ ĐẦU

Phần này cung cấp những kiến thức cơ bản về CircuitMaker như: môi trường làm việc, quy trình sử dụng… Đây là những kiến thức cơ bản có thể thiết kế mạch cũng như làm mô

phỏng mạch trên môi trường CircuitMaker

1.1 CircuitMaker là gì?

CircuitMaker là một chương trình cho phép người dùng nhanh chóng lắp ráp thử nghiệm và mô phỏng các mạch số cũng như các mạch tương tự ở mức logic Đồng thời cũng hỗ trợ việc xuất ra file netlist để vẽ mạch in Tài liệu hướng dẫn sử dụng này tập

trung vào việc lắp ráp và mô phỏng mạch số

1.2 Môi trường làm việc của CircuitMaker

Môi trường CircuitMaker bao gồm Title Bar, Menu Bar, Toolbar, Status Bar, Panel, Schematic Window như Hình 1.1 Ngoài những thành phần căn bản tồn tại trong hầu hết các ứng dụng đồ họa hiện nay như Title Bar, Menu Bar, Status Bar các thành phần còn lại

có ý nghĩa như sau:

Hình 1.1 Môi trường làm việc của CircuitMaker

Trang 8

Ngoài những thành phần căn bản tồn tại trong hầu hết các ứng dụng đồ họa hiện nay như Title Bar, Menu Bar, Status Bar các thành phần còn lại có ý nghĩa như sau:

Sau khi đã cài đặt các linh kiện đúng vị trí, tiếp theo nối chúng lại bằng dây dẫn Mạch sau khi đã nối dây cho phép mô phỏng, kiếm tra bằng các công cụ mô phỏng của CircuitMaker

1.1.1 Các file của CircuitMaker

CircuitMaker gồm nhiều file sử dụng cho các mục đích riêng với các phần đuôi:

.CKT Mạch nguyên lý

.DAT File dữ liệu (phím nóng; đặc tả kỹ thuật của thiết bị)

.MOD File lưu trữ chế độ hoạt động

.LIB Thư viện các thiết bi

.SUB File các mạch con

.SDF Dạng sóng mô tả file setup

1.1.2 Quy trình sử dụng CircuitMaker

Việc sử dụng CircuitMaker có thể làm sáu bước như sau:

1 Chọn các thiết bị cần thiết (điện trở, tụ, IC …) và đưa lên bản vẽ

2 Sắp xếp các thiết bị này cho hợp lý

3 Thiết lấp các thông số của của thiết bị (độ trễ, nội dung ROM…)

4 Xóa hoặc thêm các thiết bị này theo yêu cầu

5 Nối dây

6 Mô phỏng và kiểm tra mạch vẽ

1.1.3 Toolbar của CircuitMaker

Có thể thực hiện các chức năng của CircuitMaker bằng các nút nhấn trên thanh Toolbar nằm trên các vùng làm việc Toolbar gồm có các thành phần như hình 1.2

Hình 1.2 Toolbar của CircuitMaker

Trang 9

Chức năng của các công cụ này được giới thiệu ở bảng 1.1 Chức năng chi tiết sẽ được trình bày ở các phần sau

Bảng 1.1 Chức năng của Toolbar

Panel Bật tắt cửa số panel Rotate Xoay thiết bị

New Tạo bản vẽ mới Mirror Lật thiết bị

Open Mở bản vẽ đã lưu Traxmaker Tạo netlist và chạy traxmaker

Print In bản vẽ Reset Khởi động lại quá trình mô

phỏng

Arrow tool Chọn, di chuyển các

thành phần

Analyses setup Thiết lập thông số phân tích Wire tool Vẽ dây nối, bus Run analog Chạy, dừng mô phỏng tương tự Text tool Chèn đoạn văn bản Trace digital Hiện thị giá trị số của dây dẫn Delete tool Xóa một thành phần Run digital Chạy, dừng mô phỏng số

Probe tool Đo tín hiệu Step digital Chạy một bước mô phỏng số Zoom tool Phóng to thu nhỏ bản vẽ Tile windows Chọn cách hiển thị ác cửa số Fit to

Bảng 1.2 Các phím nóng của CircuitMaker

Ctrl+A Chọn tất cả F3 Hiển thị tỉ lệ bình phương

Ctrl+D Nhân đôi thiết bị F5 Thay đổi thông số bản vẽ

Ctrl+F Tìm thành phần F7 Vẽ lại màn hình

Ctrl+K Hiển thị thông số thiết bị F8 Thiết lập phân tích

Ctrl+L Hiển thị thông số bản vẽ F9 Mô phỏng số một bước

Ctrl+M Lật thiết bị F10 Chạy dừng mô phỏng

Trang 10

Ctrl+N Tạo bản vẽ mới F11 Hiển thị giá trị số

Ctrl+O Mở bản vẽ đã lưu Esc Bỏ qua thao tác đang làm

Ctrl+P In bản vẽ Page Up Phóng to lên

Ctrl+Q Khởi động lại mô phỏng Page Down Thu nhỏ bản vẽ

Ctrl+R Xoay thiết bị Delete Xóa thành phần đang chọn Ctrl+S Lưu bản vẽ Home Vị trị trung tâm là vị trí con trỏ Ctrl+V Paste Arrow Keys Di chuyển thiết bị đang chọn F1 Trợ giúp Shift+Insert Di chuyển một nhóm thiết bị F2 Thay đổi tỉ lệ hiển thị

Bài 2: VẼ VÀ CHỈNH SỬA MẠCH NGUYÊN LÝ

CircuitMaker cung cấp nhiều công cụ mạnh mẽ cho phép vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý nhanh chóng và dễ dàng Phần này sẽ cung cấp kiến thức về các công cụ vẽ và chỉnh sửa mạch nguyên lý

2.1 Tìm và cài đặt các thiết bị

CircuitMaker cung cấp thư viện hàng ngàn các thiết bị (có thể tham khảo hướng dẫn

sử dụng các thiết bị để có thêm thông tin) Ta có thể lấy các thiết bị bằng cách dùng tab Browse hay tab Seach trong cửa sổ Panel hay sử dụng phím tắt

2.1.1 Tab browse

Ta có thể lựa chọn các thiết bị thông qua tab browse Các thiết bị được chia theo dạng cây phân cấp Để tìm thiết bị thực hiện các công việc sau:

1 Chọn ta browse trong panel

2 Lựa chọn các thiết bị bằng cách chọn theo cây phân lớp (có thể chọn theo tên, theo chức năng…)

3 Nhấn đúp chuột để chọn thiết bị đưa vào vùng vẽ Thiết bị sẽ theo con trỏ chuột cho đến khi nào nhấn chuột trái Trong khi đang kéo thiết bị bạn có thể quay (nhấn phím R) hay lật ngược (nhấn phím M) thiết bị

2.1.2 Tab Seach

Tab này cho phép ta tìm kiếm các thiết bị thỏa điều kiện tìm kiếm của ta Điều kiện này là tên thiết bị hoặc phần tử mô tả chức năng thiết bị có chứa các ký tự ta tìm kiếm Có thể dùng các ký tự đại diện như * Ví dụ tìm kiếm 74* là tiimf kiếm tất cả IC họ 74

Trang 11

Hình 2.1 Tab Browse và Tab Seach

2.2 Thiết lập phím nóng

Ngoài ra ta cũng có thể chọn thiết bị trực tiếp bằng phím nóng Để gán phím nóng cho một thiết bị ta thực hiện các bước sau:

1 Chọn tab Browse trong Panel, sau đó tìm thiết bị mà ta muốn gán phím nóng cho

nó

2 Nhấn vào nút Hotkey, hộp thoại quản lý các phím nóng sẽ xuất hiện, tất cả các phím nóng sẽ xuất hiện theo thứ tự alphabet cùng với các thiết bị tương ứng được gán vào nó

3 Tìm phím tắt nào mà ta muốn gán cho thiết bị đang chọn và chọn Assign

2.3 Thay đổi phím nóng

Để thay đổi các phím nóng ta làm những bước sau:

1 Thực hiện các bước 1 và 2 như trên

2 Gán một thiết bị mới Hay gán rỗng (ở trên đầu các thiết bị) như là phím nóng

Hình 2.2 Hộp thoại quản lý phím nóng

Trang 12

2.4 Đặt nhiều thiết bị vào trong bản vẽ

Sau khi đã tìm thấy thiết bị, ta có thể đặt chúng vào trong bản vẽ Đê đặt một thiết bị ta làm theo các bước sau:

1 Lựa chọn thiết bị bằng các phương pháp đã nêu ở trên

2 Nhấn phím r hay nhấn chuột phải để quay thiết bị đến vị trí mong muốn

3 Nhấn phím m để lật ngược thiết bị

4 Nhấn chuột trái để đặt thiết bị vào trong bản vẽ Hay nhấn bất kỳ phím nào (trừ m với r) để đặt thiết bị vào bản vẽ

2.5 Các công cụ vẽ và chỉnh sửa

Phần này giới thiệu tính năng của các phần tử trên thanh toolbar để bạn có thể đặt

và nối dây các thiết bị với nhau

Hình 2.3: Các công cụ vẽ và chỉnh sửa 2.5.1 Arrow Tool

Công cụm mũi tên cho phép lựa chọn và di chuyển các thành phần của sơ đồ, có thể kích các công tắc… Ngoài ra cs thể nhấn đúp chuột lên một thiết bị để thực hiện một số thao tác như thay đổi thông số thiết bị…

2.5.2 Wire Tool

Sử dụng các công cụ vẽ dây (wire tool) ta có thể vẽ dây nối các thiết bị Có thể vẽ Bus bằng cách nhần và giữ phím Shift khi bắt đầu vẽ Dây không liền nét giống như dây dẫn thông thường nhưng nếu nó không được nối với bất kỳ thiết bị nào thì đường dây sẽ không hiện diện trong mạch netlist

2.5.5 Zoom Tool

Trang 13

Sử dụng Zoom tool bạn có thể phóng to thu nhỏ bản vẽ (zoom in và zoom out)

2.5.6 Rotate Button

Sử dụng Rotate Button để quay thiết bị ngược chiều kim đồng hồ

Ngoài ra ta có thể quay các thiết bị sau khi đã chọn chúng trong thư viện bằng cách nhấn phím r

2.5.7 Mirror Button

Sử dụng nút nhấn Mirror để quay cá thiết bị theo chiều thẳng đứng góc 180° (giống như ta lật trang sách) Ta cũng có thể quay các thiết bị bằng cách nhấn phím m khi chọn thiết bị từ thư viện

2.6 Lưới

Ta có thể hiển thị lưới để sắp xếp các linh kiện trong khung vẽ dễ dàng hơn Để chọn hiển thị lưới ta làm như sau Vào menu Options|Schematic, trng tab General ta chọn Visible Size là khoảng cách o lưới, Snap To là các thiết bị sẽ đặt ngay lưới, Print là khi in

ra có in lưới hay không

Hình 2.4: Chỉnh hiển thị lưới

2.7 Nối dây cho mạch

Để mô phỏng hoặc để tạo netlist vẽ mạch in thì các thành phần của mạch phải được nối với nhau bằng dây dẫn CircuitMaker cung cấp cho ta các phương thức tự động nối dây, nối dây bằng tay và nốidây nhanh

2.7.1 Nối dây tự động

Trang 14

Để nối dây tự động ta làm như sau: (hình 2.5 a)

1 Chọn công cụ vẽ dây (Wire Tool) trên Toolbar

2 Đưa tool đến nơi ta cần nối dây (chân của một thiết bị hay là dây dẫn)

3 Nhấn và giữ nút trái chuột

4 Kéo đến nơi mà ta cần nối dây đến

5 Dây dãn sẽ tự động được sinh ra giữa hai điểm Chế độ vẽ dây tự động chỉ vẽ dây dẫn giữa hai điểm là một dây dẫn hay là chân của một linh kiện

2.7.2 Nối dây bằng tay

Nối dây bằng tay cho phép vẽ dây dẫn trong bản vẽ chính xác như mong muốn Thực hiện như sau: (hình 2.5 b)

1 Chọn công cụ vẽ (Wire Tool) trên Toolbar

2 Đưa tool đến nơi ta cần nối dây (chân của một thiết bị hay là dây dẫn)

3 Nhấn và nhả chuột trái

4 Con trỏ vẽ dây tự động được thay bằng con trỏ vẽ dây bằng tay Nhấn chuột trái một lần để có thể đổi chiều dây, nhấn hai lần để kết thúc

Chú ý:Muốn vẽ một dây bus ta sử dụng phương pháp vẽ bằng tay

2.7.3 Nối dây nhanh

Một trong nhưng cách đơn giản để nối dây là sử dụng tính năng vẽ dây nhanh Chức năng này cho phép ta đặt thiết bị chưa được nối dây vào một dây dẫn hoặc một chân chưa nối của một thiết bị khác và nối dây sẽ được tự động vẽ Thực hiện như sau: (hình 2.5 c)

1 Chọn một thiết bị trong thư viện hay là một thiết bị đã có sẵn trong bản vẽ

2 Di chuyển thiết bị sao cho chân chưa nối của thiết bị chạm vào dây dẫn hay là mọt chân của thiết bị khác

Hình 2.5: Nối dây cho hai thiết bị

2.7.4 Dây Bus

Dây bus là một loại dây nối đặc biết bao gồm nhiều dây nối riêng biệt Mỗi dây nối có một tên riêng và bus cũng có tên riêng Bus được nhận diện dễ dàng vì nó được vẽ đậm hơn các dây còn lại Để vẽ Bus ta làm như sau:

Trang 15

1 Nhần và giữ phím Shift trước khi vẽ dây nối

2 Vẽ dây dẫn sử dung phương pháp như phương pháp vẽ dây dẫn bằng tay đã đề cập ở bên trên

3 Sau khi vẽ xong sẽ có hộp thoại yêu cầu đặt tên cho bus

Hình 2.6: Đặt tên cho BUS

2.7.5 Nối dây dẫn tới bus

Để nối dây dẫn tới bus ta làm như sau:

1 Chọn công cụ nối dây

2 Nối dây từ vị trí muốn nối tới bus

3 Đặt tên cho dây dẫn

Hình 2.7: Đặt tên cho dây dẫn nối tới BUS 2.7.6 Nối các dây dẫn trên Bus với nhau

Nếu ta đặt tên cho hai dây dẫn nối đến bus cùng một tền và nối đến cùng một đường bus (hoặc nối đến hai bus khác nhau nhưng cùng một tên), hai dây dẫn trên sẽ tự động nối với nhau

2.8 Tên của node và sự kết nối

CircuitMaker sử dụng tên cho các node trên mạch Tên của node sử dụng để xác định các sóng khi mô phỏng hay phân biệt các dây dẫn khi vẽ bo mạch in ngoài ra node còn

Trang 16

được dùng để nối dây dẫn, hai đoạn dây dẫn được đặt cùng tên node sẽ nối với nhau Có nhiều các để đặt tên cho node: ngầm định, các thiết bị đặc biệt, nhãn

Tên node ngầm định, tên của node được sinh ra tự động khi dây dẫn được nối vào một thiết bị Ví dụ, node name U2_6 có tên như vậy vì được nối vào chân 6 của thiết bị U2 Dây dẫn trên có thể nối với các thiết bị khác, tên node của nó được xác định bởi thiết bị được đặt lên bản vẽ trước nhất trong các thiết bị nối với nó Một số thiết bị có ưu tiên cao hơn (VCC, GND…) thì khi nối với nó thì tên node sẽ là tên của thiết bị đó

bị trên cho phép ta gán nhãn cho các node Khi đặt một trong các thiết bị trên vào mạch thì phải gán nhãn cho các node Và khi nối với một node (dây dẫn) thì tên node sẽ là tên của thiết bị đó Các thiết bị này có độ ưu tiên về tên của node cao hơn các thiết bị khác kể cả nguồn điện

Hình 2.8: Thiết bị output

Nhãn (label), một Node Label có thể được gán cho dây dẫn để tạo thành tên của một node Đặt Node label như sau:

1 Chọn Edit / Place Node Label

2 Kéo hình vuông của Node Label cho đến khi nào góc trái của nó chạm vào dây dẫn Nhấn nút trái chuột

3 Nhấn tên của node và nhấn OK

Hình 2.9: Gán node label

Để xem tất cả tên của các node trong bản vẽ ta thực hiện các bước sau:

1 Chọn Options > Schematic (hay nhấn F5)

Trang 17

2 Cho phép show Node Names checkbox Nhấn OK Tên của các node sẽ xuất hiện trên dây dẫn của bản vẽ

2.9 Thông số của thiết bị

Ta có thể chỉnh thông số của thiết bị như: các thông tin liên quan đến bản vẽ, mô phỏng, netlist và khác thông số khác một cách dễ dàng Ở trong mục này, chỉ giới thiệu những thông số có liên quan đến việc vẽ mạch và sử dụng trong các mạch số Để có thể điều chỉnh thông số ta nhấn đúp chuột vào thiết bị hoặc nhấn chuột phải và chọn Device Properties

Hình 2.10: Hộp thoại thay đổi thông số thiết bị

Các thuộc tính của thiết bị:

1 Device: tên của thiết bị được lưu trong thư viện

2 Label-Value: nhãn của thiết bị

3 Designation: dùng để phân biệt các thiết bị trong bản vẽ, như U1, U2…

4 Description: thông tin thêm, chỉ có ý nghĩa tham khảo trong bản vẽ, không ảnh hưởng mô phỏng

Lưu ý: bốn thuộc trên có thể cho hiển thị hay không bằng cách chọn hay không

tùy chọn Visible tương ứng

5 Package: cách đóng gói của thiết bị ( DIP, TO…), có ý nghĩa khi vẽ mạch in

6 Auto Designation Prefix: tiền tố tự động thêm vào phần Designation mỗi khi tạo thiết bị mới

Trang 18

7 Spice Prefix Character, Parameters, Spice Data: có ý nghĩa khi chạy Spice, ở đây

ta không cần quan tâm

8 Bus Data: mô tả chân nào của thiết bị sẽ nối với nguồn và đất

9 Exclude From PCB: không đưa vào netlist, thường dùng cho các thiết bị chỉ phục

vụ mô phỏng (tạo xung…)

10 Analog, digital: cho biết thiết bị có thể mô phỏng ở chế độ nào

11 Pin: nhấn vào sẽ hiện số thứ tự chân của thiết bị

2.10 Thay đổi dữ liệu RAM/ROM

Đôi khi trong mạch có thiết bị là RAM hoặc ROM Khi thay đổi dữ liệu của PROM thì

dữ liệu được lưu chung khi ta lưu bản vẽ, còn đối với RAM ta có thể xem, thay đổi dữ liệu

để kiểm tra, gỡ lỗi nhưng sẽ không được lưu với bản vẽ Để thay đổi dữ liệu của RAM/ROM ta làm như sau:

1 Nhấp chuột phải vào thiết bị rồi chọn Edit PROM/RAM để hiện hộp thoại thay đổi dữ liệu

2 Thay đổi như ý muốn rồi bấm OK lưu lại

Hình 2.11: Thay đổi dữ liệu ROM/RAM

Bài 3: MÔ PHỎNG MẠCH SỐ

Mục đích của mô phỏng là chạy thử, kiểm tra mạch, phát hiện lỗi, gỡ lỗi Circuit maker vừa có thể mô phỏng mạch tương tự vừa có thể mô hỏng mạch số, trong phần hướng dẫn sử dụng này ta chỉ đề cập đến vấn đề mô phỏng mạch số

Trang 19

Mô phỏng số chỉ có thể thực hiện được với thiết bị thuộc dạng số hoặc thiết bị vừa dạng số vừa dạng tương tự (xem phần thuộc tính của thiết bị để biết chi tiết) Nếu trong mạch có thiết bị dạng tương tự sẽ có cảnh báo trước khi mô phỏng nhưng vẫn cho mô phỏng, khi đó thiết bị này sẽ bị bỏ qua và đường dây nối tới thiết bị này xem như để hở

3.1 Bắt đầu mô phỏng mạch số

Để chọn chế độ mô phỏng mạch số ta làm như sau: chọn menu Simulation| Digital Mode, nếu chọn Simulation|Analog Mode là chọn chế độ mô phỏng mạch tương tự

Thực hiện Simulation|Check Pin Connections để kiểm tra các thiết bị có chân nào chưa được nối dây hay không

Thực hiện Simulations|Check Wire Connections để kiểm tra có đường dây nối nào chỉ mới nối một đầu hay không

3.2 Các công cụ mô phỏng mạch số

Đây là công cụ phục vụ cho mô phỏng mạch số Những công cụ này sẽ khác nếu chọn chế độ mô phỏng mạch là tương tự

Hình 3.1 Công cụ mô phỏng số

3.2.1 Công cụ Prope

Sử dụng công cụ Prope để xem giá tri logic của một dây dẫn hoặc một nốt trong mạch, ngoài ra còn có thể sử dụng công cụ Prope để thay đổi trạng thái của dây nối Để xem trạng thái, rê công cụ này lên day dẫn hoặc chân của thiệt bị muốn xem Khi đó công cụ sẽ hiển thị một trong bốn giá trị:

Mức 1 Mức 0 Xung

Không xác định hoặc ba trạng thái

Để thay đổi trạng thái dây nối , rê đến dây nối và nhấn chuột trái, 1 sẽ chuyển thành 0

và 0 sẽ chuyển thành 1 Để gán giá trị ba trạng thái, nhấn giữ Shift và nhấn chuột trái Nếu dây nối với một ngõ xuất của thiết bị nào đó thì sau khi đổi nó sẽ chuyển ngay lại giá trị của ngõ xuất đó

3.2.2 Công cụ Reset

Khởi động lại quá trình mô phỏng

Trang 20

3.2.3 Công cụ Trace

Bật tắt tính năng Trace Tính năng này hiển thị giá trị logic của các dây dẫn bằng các màu khác nhau Màu đỏ mức 1, màu xanh dương mức 0, màu xanh là khà không xác định hoặc ba trạng thái

3.2.4 Công cụ Run \ Pause

Bắt đầu hoặc dừng quá trình mô phỏng

3.2.5 Công cụ Step

Quá trình mô phỏng sẽ thực hiện từng bước Khi nhấn vào công cụ này, mô phỏng sẽ thực hiện một bước và dừng lại Nhấn lần nữa sẽ thực hiện tiếp bước nữa

3.2.6 Công cụ Tile Windows

Chọn một trong bốn cách xem các cửa sổ

Chỉ của sổ vẽ mạch (Schematic)

Chỉ của sổ dạng sóng (Waveforms)

Cửa sổ vẽ mạch bên trên, cửa sổ dạng sóng bên dưới

Cửa sổ vẽ mạch bên trái, cửa sổ dạng sóng bên phải

Sử dụng thiết bị Instruments/ Digital/ SCOPE nối với một nốt của mạch thì CircuitMaker sẽ vẽ dạng sóng cho nốt đó trong cửa sổ dạng sóng

3.3 Bộ tạo xung

Bộ tạo xung, thiết bị Instruments/ Digital, dùng để tạo xung cho các thiết bị ô phngr cần clock Để chỉnh các thông số của bộ tạo xung co thể nhập kép vào các thiết bị này hoặc nhấp phải chuột rồi chọn Edit Pulser

Hình 3.2: Bộ tạo xung

Trang 21

Các thông số mô phỏng:

Step size: chỉnh số bước mỗi khi nhấn Step tool Có thể chọn Cycles hoặc Ticks Một Cycle bằng 10 Ticks Ticks là đơn vị nhỏ nhất, một Ticks để thực hiện một bước trong mô phỏng

X Magnification: Chỉnh độ rồng của đồ thị hiển thị dạng sóng

Speed: chỉnh tốc độ mô phỏng Ví dụ như khi cần xem các giá trị xuất ra led bảy đoạn thì chỉnh tốc độ mô phỏng nhỏ lại

Breakpoint: thiết lập điểm dừng Mô phỏng sẽ dừng lại điều kiện Breakpoint thỏa mãn Có thể có nhiều điều kiện Breakpoint và các điều kiện này kết hợp với nhau bởi phép logic and hoặc or tùy theo ta thiết lập Để thiết lập Breakpoint ta làm như sau: sử dụng Instruments/Digital/SCOPE để nối với dây hoặc chân thiết bị, mở cửa sổ vẽ dạng sóng Nhấn chuột vào ô nhỏ trước tên của tín hiệu như hình sau

Hình 3.4: Thiết lập Breakpoint

Nhấn sẽ lần lượt là chọn logic 1, logic 0; chọn kiểu là kích cạnh (Edge) hay kích mức (Level)

3.4 Thời gian trễ

Thời gian trễ của thiết bị là thời gian cần thiết dể tín hiệu input lan truyền đến tín hiệu output Trong CircuitMaker thời gian trên được tình bằng đơn vị Ticks, mặc định tất cả thiết bị có thời gian trễ là một Tick, tuy nhiên có thể thay đổi giá trị này từ 1 đến 14 Để thay đổi thời gian trễ làm như sau:

1 Chọn thiết bị cần thay đổi

Trang 22

2 Chọn Edit| Set Prop Delays

Hình 3.6: Xem dạng sóng

Trang 23

CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG SỐ

Thế giới của các con số là các con số nhị phân 1 và 0 tương ứng với sự đóng ngắt mạch điện qua các công tắc cơ khí , sự dẫn ngưng của các linh kiện bán dẫn như Diode,Transistor, SRC Thật ra đó là những mức điện áp cao và thấp của những linh kiện rời rạc cho đến những mạch tổ hợp (vi mạch )ngày càng nhiều chức năng Chương trình

mô phỏng số mang tính tương tác nhanh và hoàn chỉnh , điều đó có nghĩa là người dùng có thể chỉ cần bật nhẹ công tắc , thay đổi mạch để chạy hay khống chế độ mô phỏng số và tức khắc thấy được phản ứng của mạch Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của Circle Marker là khả năng mô phỏng các sơ đồ mạch điện của người sử dụng thiết kế Qua

đó người thiết kế mạch có thể phát hiện và hiệu chỉnh kịp thời những lỗi thiết kế này trước

khi đầu tư thời gian và tiền bạc vào quá trình tạo ra các mẫu thử phần cứng cụ thể

Bài 1: CÁC CÔNG CỤ MÔ PHỎNG

Một vài nút trong thanh công cụ được sử dụng đặc biệt cho việc mô phỏng:

1.1 Nút Reset Digital Simulation

Để tiến hành lại quy trình mô phỏng , việc khởi động lại cũng có thể được chọn từ trình đơn <Simulation> hoặc bằng cách nhấn phím Ctrl + Q

1.2 Nút Trace

Trace cũng có thể được chọn từ trình đơn <Simulation> hoặc bằng cách nhấn phím F11 Với Trace được mở , các trạng thái của tất cả các nút trong mạch được điều khiển như mạch hoạt động Circle Marker sẽ thực hiện việc này bằng cách vẽ dây theo những màu sắc khác nhau để chỉ ra cho biết mỗi dây ở trạng thái nào.Dây trạng thái 1 là màu đỏ , dây trạng thái 0 là màu xanh da trời , và nếu dây ở trạng thái 3 là màu xanh lá cây

1.3 Nút Run Digital Simulation

Cũng có thể được chọn từ trình đơn <Simulation> hoặc phím F10 Nhấn Run để khởi động chế độ mô phỏng Biểu tượng Run được thay thế bởi một dấu hiệu Stop, việc ấn nút Stop sẽ ngưng đi sự mô phỏng , đóng tất cả các cửa sổ phân tích và trở về chế độ chỉnh sửa

1.4 Nút Step

Trang 24

Để chạy mô phỏng từng bước Có thể được chọn trong trình đơn <Simulation> hoặc bằng cách nhấn phím F9

1.5 Nút View Schematic

Dùng để xem sơ đồ nguyên lý

1.6 Nút View Waveforms

Dùng để xem dạng sóng

1.7 Nút Split Schematic/Waveforms Horizontally

Dùng để xem sơ đồ nguyên lý và dạng song theo chiều ngang

1.8 Nút Split Schematic/Waveforms Vertically

Dùng để xem sơ đồ nguyên lý và dạng song theo chiều dọc

Bài 2: CÁC THIẾT BỊ MÔ PHỎNG 2.1 Thiết bị Pulse

Pulse là một máy phát xung số cung cấp các dòng tín hiệu phát ra liên tục với giá trị ở mức cao và thấp Định dạng xung, thời gian cao, thời gian thấp và chế độ kích khởi có thể được lập trình riêng biệt cho mỗi Pulse trong mạch

2.2 Bộ dữ liệu tuần tự

Như là một máy phát dữ liệu (data generator) hoặc máy phát từ (word generator) , thiết

bị này cho phép người sử dụng thiết kế lên đến 1024 từ 8 bit mà các từ này có thể kết xuất trong một trình tự được định rõ

2.3 Các dạng song số (Digital Waveforms)

Các trạng thái của những nút này có thể vẽ được đồ thị nhiều lần khi quá tình mô phỏng đang hoạt động Trước khi xem các dạng sóng định thời gian cho bất kỳ nút nào

trong mạch thiết kế, phải nối SCOPE với mỗi nút để được hiển thị

2.4 Các tùy chọn số (Digital Options)

Phạm vi bước (Step size): có thể đo lường bằng ticks hay chu kỳ (Cycles) Một chu kỳ lúc nào cũng có 10 tick Tick là đơn vị nhỏ nhất của sự trì hoãn đối với mô phỏng số.Nó cần 1 tick để thực hiện một bước mô phỏng đơn cho tất cả các thiết bị

X magnification: Có thể được điều chỉnh để xem phần lớn hơn hay nhỏ hơn về dạng sóng trong cửa sổ Waveform số Theo mặc đinh sự phóng đại được xác lập đến giá trị 8.Một giá trị nhỏ hơn sẽ thu nhỏ lại, giá trị lớn hơn sẽ phóng to ra

Trang 25

Speed : cho phép người thiết kế xác định quá trinh mô phỏng nhanh chậm ra sao Nếu việc xác lập vùng này đến một số thấp hơn, quá trình mô phỏng sẽ chậm lại do đó người thiết kế có thể thấy được những thay đổi hiển thị (led 7 đoạn) Một phương pháp làm chậm quá trình mô phỏng là chạy trong chế độ từng bước đơn hoặc thiết lập các điểm ngắt Các tùy chọn ngắt (Break point):được sử dụng cùng với của sổ dạng sóng Waveforms

để thiết lập các điểm ngắt

- Khi xác lập là Level-And tất cả các điều kiện ngắt phải được nhìn thấy qua ,

trước khí quá trình mô phỏng ngưng lại

- Khi xác lập Level – Or nếu một trong các điều kiện ngắt bất kỳ được thấy qua ,

quá trình mô phỏng sẽ dừng lại

- Khi xác lập là Edge – And quá trình mô phỏng sẽ ngưng lại khi biên thích hợp

xuất hiện trên tất cả các dạng sóng xác định

- Khi xác lập là Edge – Or quá trình mô phỏng sẽ ngưng lại nếu một sự chuyển

tiếp đến bất kỳ điều kiện xác định nào xuất hiện

Trang 26

CHƯƠNG III: CÁC BÀI THỰC HÀNH MÔ PHỎNG

SỐ

Bài 1: MẠCH TỔ HỢP DÙNG CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

Bài thực hành số 1 giúp cho học sinh biết được bảng mạch tổ hợp gồm nhiều cổng logic Từ đó có thể lắp ráp và thiết kế những mạch số theo ý riêng của mình qua các cổng logic cơ bản

Bước 1: Vẽ mạch điện như hình sau đây:

Bước 2: Vào <Simulation> chọn <digital mode> Sau đó lần lượt vào <Check pin

conections > và <check wire conections> để kiểm tra các chân nối và dây nối

Bước 3: Nhấn nút Run hoặc phím F10 trên thanh công cụ để khởi động chế độ mô

phỏng.Di chuyển chuột đến các logic switch và lần lượt thay đổi các mức logic của chúng đồng thời quan sát sự thay đổi các trạng thái ở ngã ra tương ứng

Trang 27

Bài 2: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT DE-MOOC-GAN

Bài thực hành số 2 giúp cho học sinh hiểu rõ và áp dụng nhuần nhuyễn định luật De - Morgan để đơn giản hàm thật gọn trước khi lắp ráp

Trang 28

Bước 2: Vào <Simulation> chọn <Digital Mode> Sau đó lần lượt vào <check Pin

Connections> và <check wire connections> để kiểm tra các chân nối và dây nối

Bước 3: Nhấn nút Run hoặc phím <F10> trên thanh công cụ để khởi động ché độ mô

phỏng Di chuyển chuột đến các logic switch và lần lượt thay đổi các mức logic của chúng đồng thời quan sát sự thay đổi các trạng thái ở ngã ra tương ứng

Bước 5: Từ kết quả lý thuyết đã tính được ở bước 4 và kết quả ghi ở bảng sự thật (bước 3)

có nhận xét gì về ngõ vào S1 và ngõ ra X?

Bài 3: THIẾT KẾ CỔNG LOGIC XOR TỪ CỔNG LOGIC NAND

Bài thực hành số 3 giúp cho học sinh phát triển khả năng sáng tạo khi sử dụng cổng NAND đẻ kết nối thành các mạch logic mong muốn (chẳng hạn muốn dùng cổng EX-OR nhưng không có sẵn, vậy phải làm thế nào khi chỉ có toàn cổng NAND

Trang 29

Bước 2: Vào <Simulaton> chọn <Digital Mode>, Sau đó lần lượt vào <check Pin

Bước 4: Kiểm tra lại xem mạch trên có tương đương với một cổng EX-OR hay không

bằng cách nối 2 ngõ vào của một cổng EX-OR với hai công tắc Logic Switch rồi kiểm tra lại như sau:

Nhấn nút Run trên thanh công cụ, lần lượt thay đổi trạng thái ngõ vào với giá trị như bảng sự thật trên rồi quan sát xem trạng thái ngõ ra như thế nào?

Bước 5: Thành lập bảng sự thật cho mạch EX-OR trên Có nhận xét gì về kết quả hai câu

trên?

Trang 30

Bước 1: Vẽ mạch điện như hình sau đây:

S1 S2 S3 LED7 LED6 LED5 LED4 LED3 LED2 LED1 LED0

Trang 31

Bài thực hành số 5 giúp cho học sinh hiểu rõ và nắm được nguyên lý hoạt động của IC

7447 từ đó có thể vận dụng để thiết kế các vi mạch như ý muốn

Trang 32

vì vậy cũng sẽ được tìm hiểu

Trang 33

Trang 34

………

Bước 6: Khởi động chế độ mô phỏng từng bước bằng cách nhấp vào nút <RUN STEP>

trên thanh công cụ , quan sát thấy gì trên màn hình Led 7 đoạn sau khi thực hiện 10 lần

phỏng Quan sát và cho nhận xét về hoạt động của 2 Logic Display

Trang 35

Bước 5: Nhấn nút Run hoặc phím <F10> trên thanh công cụ để khởi động chế độ mô

phỏng Nhận xé gì về tín hiệu vào và ra ? Để mô phỏng từng bước nhấn vào nút <Stop> rồi sau đó nhấp chuột vào nút <RUN STEP>từng cái một , quan sát tín hiệu vào và ra của mạch trên Nhận xét gì về kết quả của hai cách mô phỏng trên

Trang 36

Lần lượt thực hiện như bước 5

Bước 7: Tiếp tục với mạch chia 8 như sau:

Lần lượt thực hiện như bước 5

Bước 8: Hãy vẽ mạch điện sau và cho chạy thử cả ở 2 chế độ <RUN> và <RUN STEP>

-Cho biết các mạch đếm dùng IC 7490đó chia mấy ?

……… ………

……… -So sánh kết quả của 2 chế độ mô phỏng trên?

………

Trang 37

Bài 8: MẠCH ĐẾM TĂNG IC74193(74LS193).

Bài thực hành số 8 giúp cho học sinh hiểu được nguyên lý hoạt động của IC 74193

Đó là một mạch đếm rất đa năng, có thể đếm lên hoặc đếm lên hoặc đếm xuống

Bảng chọn Mode cho IC 74193

Bước 3: Để các chân trong bảng trạng thái ở các mức logic (S1 mức 0,S2 S3 mức 1) Nhấn

nút Run hoặc phím <F10> trên thanh công cụ để khởi động chế độ mô phỏng Quan sát và ghi nhận kết quả của tín hiệu vào và ra

Bước 4: Chuyển đổi mức logic của công tắc S1 (Chân MR) lên 1, nhận xét gì về tình trạng

của mạch sau khi chuyển đổi Sau đó lại chuyển S1 về 0 Nhận xét gì về sự thay đổi của mạch Kết luận về chân MR của mạch?

Định dạng
Số trang	74
Dung lượng	3,17 MB